انواع سوئیچ سیسکو

سوئیچ ها جزء اساسی اتصال به شبکه دانشگاه هستند. سیسکو سوئیچ های مختلفی را ارائه می دهد که به طور خاص برای عملکردهای مختلف طراحی شده اند. در زمان نگارش این مقاله، سیسکو سوئیچ های Catalyst را برای شبکه های دانشگاهی و سوئیچ های Nexus را برای مراکز داده طراحی می کند. در زمینه CCNP، این کتاب بیشتر بر روی سوئیچ های Catalyst تمرکز دارد.

شکل 2-12 سوئیچ های کاتالیست پیشنهادی فعلی را نشان می دهد. با این حال، در بازار رقابتی سوئیچ دانشگاه، سیسکو به طور مداوم سوئیچ های Catalyst را با قابلیت های جدید، عملکرد بالاتر، تراکم بالاتر و هزینه کمتر به روز می کند.

به اندازه کافی جالب است که Catalyst 6500 در شکل 2-12 به تفصیل توضیح داده نشده است. با وجود چرخه عمر بسیار طولانی، بازاریابی سیسکو سرانجام تمرکز خود را به Catalyst 6800 معطوف کرد. برای تعداد زیادی از شما که این کتاب را می خوانید، احتمالاً در مقطعی از حرفه خود با Catalyst 6500 مواجه شده اید.

سیسکو دو نوع سوئیچ شبکه ارائه می دهد: پیکربندی ثابت و سوئیچ های مدولار. با سوئیچ های پیکربندی ثابت، نمی توانید مانند سوئیچ های مدولار، ماژول دیگری را تعویض یا اضافه کنید. در لایه های دسترسی سازمانی، سوئیچ های پیکربندی ثابتی مانند Cisco Catalyst سری 2960-X را خواهید یافت. این طیف گسترده ای از استقرار را ارائه می دهد.

در لایه توزیع سازمانی، بسته به نیاز شبکه دانشگاه، سوئیچ های ثابت یا مدولار را خواهید یافت. نمونه ای از سوئیچ های مدولار که در لایه توزیع یافت می شود، سری Cisco Catalyst 3850-X است. این سری از سوئیچ ها به شما امکان می دهد ماژول های مختلف شبکه (اترنت یا فیبر نوری) و ماژول های منبع تغذیه اضافی را انتخاب کنید. در مشاغل کوچک بدون لایه توزیع، 3850-X را می توان در لایه اصلی یافت. در شبکه های بزرگ سازمانی، در مواردی که افزونگی بالا و عملکرد کامل لایه 3 در لایه دسترسی الزامی است، ممکن است 3850-X را در لایه دسترسی پیدا کنید.

در لایه هسته سازمانی، اغلب سوئیچ های مدولار مانند Cisco Catalyst 6500 یا Catalyst 6800 سری پیدا خواهید کرد. با سوئیچ 6800، تقریباً هر جزء، از جمله ماژول پردازش مسیر/سرپرست و مدل‌های اترنت به منابع تغذیه) به‌صورت جداگانه در یک شاسی نصب می‌شوند. این شخصی‌سازی امکان سفارشی‌سازی و گزینه‌های در دسترس بالا را در صورت لزوم فراهم می‌کند.

اگر شبکه ای دارید که در آن ترافیک زیادی وجود دارد، می توانید از سوئیچ های سری Cisco Catalyst 4500-X در لایه توزیع استفاده کنید. Catalyst 4500-X از افزونگی فرآیند سرپرست/مسیر پشتیبانی می کند و از اترنت 10 گیگابیتی پشتیبانی می کند.

تمامی سوئیچ های سری 2960-X، 3850-X، 4500-X و 6800-X مدیریت می شوند. این بدان معنی است که می توانید یک آدرس IP را روی دستگاه پیکربندی کنید. با داشتن آدرس IP مدیریتی می توانید با استفاده از Secure Shell (SSH) یا Telnet به دستگاه متصل شوید و تنظیمات دستگاه را تغییر دهید. سوئیچ مدیریت نشده فقط برای یک محیط خانه یا کسب و کار بسیار کوچک مناسب است. به شدت توصیه می شود از سوئیچ مدیریت نشده در هیچ شبکه دانشگاهی استفاده نکنید.

در این بخش فقط چند نمونه از سوئیچ های سیسکو و قرارگیری آنها در شبکه توضیح داده شد. برای اطلاعات بیشتر، 

بخش بعدی لایه 2 و لایه 3 (سوئیچ های چند لایه) را با هم مقایسه می کند.

مقایسه سوئیچ های لایه 2 و چند لایه

یک سوئیچ اترنت لایه 2 در لایه پیوند داده مدل OSI کار می کند. این نوع سوئیچ ها بر اساس آدرس های MAC مقصد موجود در فریم، در مورد فریم های ارسالی تصمیم می گیرند.

یادآوری شبکه‌های اولیه: دامنه برخورد سوئیچ فقط پورت به پورت است زیرا هر پورت سوئیچ و دستگاه پایانی مرتبط با آن، دامنه برخورد خودش است. از آنجایی که هیچ اختلافی در رسانه وجود ندارد، همه هاست ها می توانند در حالت تمام دوبلکس کار کنند، به این معنی که می توانند داده ها را همزمان دریافت و ارسال کنند. مفهوم نیمه دوطرفه قدیمی است و فقط برای هاب ها و سوئیچ های قدیمی تر 10/100 مگابیت بر ثانیه اعمال می شود، زیرا 1 گیگابیت در ثانیه به طور پیش فرض در حالت دوطرفه کامل عمل می کند.

هنگامی که یک سوئیچ در حالت ذخیره-n-forward دریافت می کند، فریم برای خطا بررسی می شود و فریم هایی با بررسی افزونگی چرخه ای معتبر (CRC) بازسازی و ارسال می شوند. برخی از مدل‌های سوئیچ، عمدتاً سوئیچ‌های Nexus، تنها بر اساس خواندن اطلاعات لایه ۲ و دور زدن بررسی CRC، فریم‌ها را تغییر می‌دهند. این بای پس که به آن سوئیچینگ برش گفته می شود، تأخیر انتقال فریم را کاهش می دهد زیرا کل فریم قبل از ارسال به پورت دیگر ذخیره نمی شود. تأخیر سوئیچینگ کمتر برای برنامه های کاربردی کم تأخیر مانند برنامه های تجارت الگوریتم موجود در مرکز داده مفید است. فرض بر این است که کارت رابط شبکه دستگاه پایانی (NIC) یا یک پروتکل سطح بالا در نهایت فریم بد را دور می اندازد. اکثر سوئیچ های Catalyst ذخیره-n-forward هستند.

MAC Address Forwarding

برای اینکه بفهمد یک فریم باید کجا ارسال شود، سوئیچ جدول آدرس MAC خود را جستجو می کند. این اطلاعات را می توان به سوئیچ گفت یا می تواند به طور خودکار آن را یاد بگیرد. سوئیچ به فریم های ورودی گوش می دهد و آدرس های MAC منبع را بررسی می کند. اگر آدرس قبلاً در جدول نباشد، آدرس MAC، پورت سوئیچ و VLAN در جدول فوروارد ثبت می‌شوند. جدول حمل و نقل همچنین جدول CAM نامیده می شود .

اگر آدرس مک مقصد فریم برای سوئیچ ناشناخته باشد چه اتفاقی می افتد؟ سپس سوئیچ فریم را از طریق تمام پورت های یک VLAN به جز پورتی که فریم روی آن دریافت شده است، هدایت می کند. این به عنوان سیل ناشناخته unicast شناخته می شود . ترافیک پخش و چندپخشی برای مقصدهای متعددی است، بنابراین به طور پیش‌فرض سیل می‌شود.

با اشاره به شکل 2-13 ، در مثال اول، سوئیچ یک فریم در پورت 1 دریافت می کند. آدرس MAC مقصد برای فریم 0000.0000.5555 است. سوئیچ جدول ارسال خود را جستجو می کند و متوجه می شود که آدرس MAC 0000.0000.5555 در پورت 5 ثبت شده است. سپس سوئیچ فریم را از طریق پورت 5 ارسال می کند.

در مثال دوم، سوئیچ یک فریم پخش را در پورت 1 دریافت می کند. سوئیچ فریم را از طریق تمام پورت هایی که در همان VLAN هستند به جز پورت 1 ارسال می کند. فریم در پورت 1 دریافت شد که در VLAN 1 است. بنابراین، فریم از طریق تمام پورت های سوئیچ که متعلق به VLAN 1 هستند (همه پورت ها به جز پورت 3) ارسال می شود.

بخش فرعی بعدی عملکرد سوئیچ لایه 2 را از نقطه نظر مکانیک مورد بحث قرار می دهد.

عملیات سوئیچ لایه 2

هنگامی که سوئیچ یک فریم را دریافت می کند، فریم را در یک صف ورودی قرار می دهد. یک پورت می‌تواند صف‌های ورودی متعددی داشته باشد، و معمولاً این صف‌ها برای سرویس‌دهی فریم‌ها به‌طور متفاوتی استفاده می‌شوند (به عنوان مثال، اعمال کیفیت خدمات [QoS]). از دیدگاه ساده شده، زمانی که سوئیچ فریمی را از یک صف برای ارسال انتخاب می کند، سوئیچ ها باید به چند سوال پاسخ دهند:

• فریم به کجا باید ارسال شود؟
• آیا محدودیت هایی وجود دارد که از ارسال فریم جلوگیری می کند؟
• آیا اولویت بندی یا علامت گذاری وجود دارد که باید روی قاب اعمال شود؟

تصمیمات در مورد این سه سوال به ترتیب همانطور که در شکل 2-14 نشان داده شده و در لیست زیر توضیح داده شده است، پاسخ داده شده است.

• جدول ارسال لایه 2: جدول فوروارد لایه 2 که جدول MAC نیز نامیده می شود ، حاوی اطلاعاتی درباره مکان ارسال فریم است. به طور خاص، این شامل آدرس های MAC و پورت های مقصد است. سوئیچ ها به آدرس MAC مقصد فریم ورودی در جدول MAC اشاره می کنند و فریم ها را به پورت های مقصد مشخص شده در جدول ارسال می کنند. اگر آدرس MAC پیدا نشود، فریم از طریق تمام پورت ها در همان VLAN سیل می شود.
• ACL: لیست های کنترل دسترسی (ACL) فقط برای روترها اعمال نمی شود. سوئیچ ها همچنین می توانند ACL ها را بر اساس آدرس های MAC و IP اعمال کنند. به طور کلی فقط سوئیچ های سطح بالاتر از ACL ها بر اساس آدرس های MAC و IP پشتیبانی می کنند، در حالی که سوئیچ های لایه 2 از ACL ها فقط با آدرس های MAC پشتیبانی می کنند.
• QoS: فریم های ورودی را می توان بر اساس پارامترهای QoS طبقه بندی کرد. سپس می توان ترافیک را علامت گذاری، اولویت بندی یا با نرخ محدود کرد.

سوئیچ ها از سخت افزار تخصصی برای قرار دادن جدول MAC، داده های جستجوی ACL و داده های جستجوی QoS استفاده می کنند. برای جدول MAC، سوئیچ ها از حافظه آدرس پذیر محتوا (CAM) استفاده می کنند، در حالی که جداول ACL و QoS در حافظه آدرس پذیر محتوای سه تایی (TCAM) قرار دارند. هر دو CAM و TCAM دسترسی بسیار سریعی دارند و عملکرد سوئیچینگ نرخ خط را امکان پذیر می کنند. CAM تنها از دو نتیجه پشتیبانی می کند: 0 یا 1. بنابراین، CAM برای جداول ارسال لایه 2 مفید است.

TCAM سه نتیجه را ارائه می دهد: 0، 1، و اهمیتی ندهید. TCAM برای ساخت جداول برای جستجو در طولانی ترین موارد، مانند جداول مسیریابی IP که توسط پیشوندهای IP سازماندهی شده اند، بسیار مفید است. جدول TCAM ACL، QoS و سایر اطلاعاتی که عموماً با پردازش لایه بالایی مرتبط هستند را ذخیره می کند. در نتیجه استفاده از TCAM، اعمال ACL بر عملکرد سوئیچ تاثیری ندارد.

این بخش فقط به جزئیات و اجرای CAM و TCAM مورد نیاز برای گواهی CCNP می پردازد. برای توضیحات بیشتر، سند پشتیبانی زیر را در Cisco.com مرور کنید:

در زیر بخش بعدی، عملیات سوئیچ لایه 3 (چند لایه) با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار می گیرد.

عملیات سوئیچ لایه 3 (چند لایه).

سوئیچ های چند لایه نه تنها سوئیچینگ لایه 2 را انجام می دهند بلکه فریم های فوروارد را نیز بر اساس اطلاعات لایه 3 و 4 انجام می دهند. سوئیچ های چندلایه نه تنها عملکرد یک سوئیچ و یک روتر را ترکیب می کنند، بلکه یک جزء کش جریان را نیز اضافه می کنند.

سوئیچ های چندلایه همان رفتار سوئیچ های لایه 2 را اعمال می کنند اما یک جستجوی موازی اضافی برای نحوه مسیریابی یک بسته اضافه می کنند، همانطور که در شکل 2-15 نشان داده شده است.

جدول مرتبط برای جستجوهای لایه 3، جدول FIB نامیده می شود . جدول FIB نه تنها حاوی اطلاعات پورت های خروجی و VLAN بلکه اطلاعات بازنویسی MAC نیز می باشد. جستجوی موازی ACL و QoS مانند سوئیچ های لایه 2 اتفاق می افتد، با این تفاوت که ممکن است پشتیبانی اضافی برای ACL های لایه 3 و اولویت بندی QoS وجود داشته باشد.

به عنوان مثال، یک سوئیچ لایه 2 ممکن است فقط بتواند برای فریم های محدود کننده نرخ بر اساس آدرس های MAC مبدا یا مقصد اعمال شود، در حالی که یک سوئیچ چندلایه عموماً از فریم های محدود کننده نرخ در آدرس های IP/MAC پشتیبانی می کند.

متأسفانه، مدل‌های مختلف سوئیچ‌های سیسکو از قابلیت‌های متفاوتی پشتیبانی می‌کنند و برخی از سوئیچ‌های فقط لایه ۲ در واقع از ACLهای لایه ۳ و جستجوی QoS پشتیبانی می‌کنند. برای اطلاعات واضح در مورد آنچه سوییچ شما پشتیبانی می کند، بهتر است به مستندات محصول در Cisco.com مراجعه کنید. برای هدف سوئیچ CCNP و زمینه این کتاب، سوئیچ های لایه 2 از ACL و QoS بر اساس آدرس های MAC پشتیبانی می کنند، در حالی که سوئیچ های لایه 3 از ACL و QoS بر اساس آدرس های IP یا MAC پشتیبانی می کنند.

دستورات مفید برای مشاهده و ویرایش جداول مک آدرس سوئیچ کاتالیست

یک دستور برای مشاهده جدول فوروارد لایه 2 در سوئیچ های Catalyst و Nexus وجود دارد: نشان دادن جدول آدرس مک . جدول دارای پارامترهای اختیاری زیادی برای محدود کردن خروجی به یک نتیجه قابل مدیریت تر در شبکه های بزرگ است. گزینه های فرمان کامل به شرح زیر است: نشان دادن mac-address-table [aging-time | شمارش | پویا | static ] [ آدرس hw-addr ] [ interface -id interface ] [ vlan vlan-id ] [ | {شروع | حذف | شامل} عبارت ].

مثال 2-1 نمونه استفاده از دستور و چندین کاربرد اختیاری مفید را نشان می دهد.

بازنویسی قاب

از مطالعات CCNA خود، می‌دانید که بسیاری از فیلدهای یک بسته زمانی که بسته‌ها بین زیرشبکه‌ها هدایت می‌شوند، باید بازنویسی شوند. این فیلدها شامل آدرس‌های MAC مبدا و مقصد، جمع‌بندی هدر IP، TTL (زمان تا زندگی) و جمع‌بندی چک تریلر (Ethernet CRC) است. برای مثال به فصل 1، “بررسی اصول” مراجعه کنید.

ارسال سخت افزار توزیع شده

دستگاه های شبکه حداقل دارای سه صفحه عملیاتی هستند:

• هواپیمای مدیریتی
• کنترل هواپیما
• هواپیمای پیشرو

صفحه مدیریت مسئول مدیریت شبکه مانند دسترسی SSH و SNMP است و ممکن است روی یک پورت خارج از باند (OOB) کار کند. صفحه کنترل مسئولیت پروتکل ها و تصمیمات مسیریابی را بر عهده دارد و صفحه انتقال مسئول مسیریابی (یا سوئیچینگ) واقعی بیشتر بسته ها است.

سوئیچ های چندلایه باید عملکرد بالایی در نرخ خط در تعداد زیادی پورت داشته باشند. برای انجام این کار، سوئیچ های چند لایه، هواپیماهای کنترل و حمل و نقل مستقل را مستقر می کنند. به این ترتیب، هواپیمای کنترل، هواپیمای ارسال را در مورد نحوه مسیریابی بسته ها برنامه ریزی می کند. سوئیچ های چندلایه ممکن است از چندین هواپیمای ارسال استفاده کنند. به عنوان مثال، یک Catalyst 6800 از هواپیماهای حمل و نقل در هر ماژول خط، با یک صفحه کنترل مرکزی در ماژول سرپرست استفاده می کند.

برای ادامه مثال Catalyst 6800، هر ماژول خط شامل یک پردازنده میکروکد است که تمام ارسال بسته ها را مدیریت می کند. برای ارتباط سطح کنترل در ناظر با ماژول خط، یک پروتکل ارتباطی لایه کنترل وجود دارد، همانطور که در شکل 2-16 نشان داده شده است.

وظایف اصلی این پروتکل لایه کنترلی بین صفحه کنترل و صفحه انتقال به شرح زیر است:

• مدیریت داده های داخلی و مدارهای کنترل برای توابع ارسال و کنترل بسته ها
• استخراج سایر اطلاعات کنترلی مربوط به مسیریابی و ارسال بسته از پروتکل های پل زدن و مسیریابی لایه 2 و لایه 3 و داده های پیکربندی و سپس انتقال اطلاعات به ماژول رابط برای کنترل مسیر داده
• جمع آوری اطلاعات مسیر داده، مانند آمار ترافیک، از ماژول رابط به پردازنده مسیر
• مدیریت بسته های داده خاصی که از ماژول های رابط اترنت به پردازنده مسیر ارسال می شوند (به عنوان مثال، درخواست های DCHP، بسته های پخش، بسته های پروتکل مسیریابی)

روش های سوئیچینگ سیسکو

اصطلاح روش های سوئیچینگ سیسکو ، رفتار پردازنده مسیری را که در روترهای سیسکو IOS یافت می شود، توصیف می کند. از آنجایی که سوئیچ های چندلایه قابلیت مسیریابی را دارند و در واقع شامل فرآیند مسیریابی هستند، بررسی این مفاهیم ضروری است.

یک روتر مبتنی بر IOS سیسکو از یکی از سه روش برای ارسال بسته ها استفاده می کند: سوئیچینگ فرآیند، سوئیچینگ سریع و حمل و نقل سریع سیسکو (CEF). از مطالعه خود روی روترها به یاد بیاورید که تغییر فرآیند کندترین شکل مسیریابی است زیرا پردازنده روتر باید با استفاده از نرم افزار مسیریابی و بازنویسی کند. از آنجایی که سرعت و تعداد هسته ها، پردازنده مسیر را محدود می کند، این روش مقیاس پذیر نیست. روش دوم، سوئیچینگ سریع، روشی سریعتر است که به وسیله آن اولین بسته در یک جریان توسط یک پردازنده مسیر با استفاده از نرم افزار، مسیریابی و بازنویسی می شود و سپس هر بسته بعدی توسط سخت افزار مدیریت می شود. روش CEF از جداول حمل و نقل سخت افزاری برای اکثر جریان های ترافیکی رایج استفاده می کند، تنها با چند استثنا. اگر از CEF استفاده می‌کنید، پردازنده مسیر چرخه‌های خود را بیشتر برای کارهای دیگر صرف می‌کند.

معماری کاتالیست سیسکو و سوئیچ‌های نکسوس، هر دو عمدتاً روی معادل‌های روتر سیسکو CEF تمرکز دارند. آخرین روش سوئیچینگ مطلق برای سوئیچ های Cisco Catalyst یا Nexus سوئیچینگ فرآیند است. پردازنده های مسیر این سوئیچ ها هرگز برای سوئیچ یا مسیریابی بسته ها طراحی نشده اند و با انجام این کار تأثیر نامطلوبی بر عملکرد خواهد داشت. خوشبختانه رفتار پیش فرض این سوئیچ ها استفاده از سوئیچینگ سریع یا CEF است و تعویض فرآیند تنها در مواقع ضروری انجام می شود.

با اصطلاحات سوئیچینگ کاتالیست سیسکو، سوئیچینگ سریع به عنوان کش مسیر و کاربرد CEF با ارسال سخت افزار توزیع شده به عنوان سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی نامیده می شود .

به عنوان یک بررسی، فهرست زیر ذخیره‌سازی مسیر و ارسال بر اساس توپولوژی در سوئیچ‌های Cisco Catalyst را خلاصه می‌کند:

• Route caching: همچنین به عنوان سوئیچینگ مبتنی بر جریان یا مبتنی بر تقاضا شناخته می‌شود، حافظه پنهان مسیر لایه 3 حافظه پنهان مسیر را توصیف می‌کند که در توابع سخت‌افزاری ساخته شده است، زیرا سوئیچ جریان ترافیک را در سوئیچ تشخیص می‌دهد. این روش از نظر عملکردی معادل سوئیچینگ سریع در نرم افزار Cisco IOS است.
• سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی: اطلاعات جدول مسیریابی بدون توجه به جریان ترافیک برای پر کردن حافظه پنهان مسیر استفاده می شود. حافظه پنهان مسیر پر شده FIB است و CEF تسهیلاتی است که FIB را می سازد. این روش از نظر عملکردی معادل CEF در نرم افزار Cisco IOS است.

بخش‌های فرعی بعدی ذخیره‌سازی مسیر و سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی را با جزئیات بیشتری شرح می‌دهند.

حافظه پنهان مسیر

Route caching معادل سوئیچینگ سریع در سوئیچ های Cisco Catalyst است. برای کارکرد کش مسیر، آدرس MAC مقصد یک فریم ورودی باید یک رابط سوئیچ با قابلیت های لایه 3 باشد. اولین بسته در یک جریان در نرم افزار توسط پردازنده مسیر سوئیچ می شود، زیرا هنوز هیچ ورودی حافظه پنهان برای جریان جدید وجود ندارد. تصمیم حمل و نقل که توسط پردازنده مسیر گرفته می‌شود، سپس در یک جدول کش (جدول ارسال سخت‌افزار) برنامه‌ریزی می‌شود و تمام بسته‌های بعدی در جریان در سخت‌افزار سوئیچ می‌شوند، که معمولاً به عنوان استفاده از مدارهای رابط ویژه برنامه (ASIC) شناخته می‌شوند. . ورودی‌ها فقط در جدول ارسال سخت‌افزار ایجاد می‌شوند، زیرا سوئیچ جریان‌های ترافیک جدید را تشخیص می‌دهد، و ورودی‌ها پس از مدتی بدون استفاده از آن‌ها، زمان پایان می‌یابند.

از آنجایی که ورودی‌ها تنها در حافظه پنهان سخت‌افزار ایجاد می‌شوند، زیرا جریان‌ها توسط سوئیچ شناسایی می‌شوند، کش مسیر همیشه حداقل یک بسته را در یک جریان با استفاده از نرم‌افزار ارسال می‌کند.

Route caching نام‌های زیادی دارد، مانند سوئیچینگ NetfFow LAN، سوئیچینگ مبتنی بر جریان یا مبتنی بر تقاضا، و مسیر یک بار، سوئیچ بسیاری.

شکل 2-17 به طور خلاصه این مفهوم را از منظر سخت افزاری برجسته می کند.

سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی

سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی، ویژگی معادل CEF سوئیچ های Cisco Catalyst است. سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی برای جابجایی لایه 3 روی حافظه نهان مسیر ایده آل است زیرا بهترین عملکرد و مقیاس پذیری را ارائه می دهد. خوشبختانه، تمام سوئیچ‌های کاتالیست سیسکو قادر به مسیریابی لایه 3 بر اساس سوئیچینگ توپولوژی / CEF هستند. برای هدف سوئیچ CCNP، در درجه اول بر روی مزایا و عملکرد سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی تمرکز کنید.

CEF از اطلاعات موجود در جدول مسیریابی برای پر کردن حافظه پنهان مسیر (معروف به FIB) استفاده می کند، بدون اینکه جریان ترافیک برای شروع فرآیند ذخیره سازی لازم باشد. از آنجا که این FIB سخت افزاری بدون توجه به جریان ترافیک وجود دارد، با فرض اینکه یک آدرس مقصد دارای یک مسیر در جدول مسیریابی باشد، تمام بسته هایی که بخشی از یک جریان هستند توسط سخت افزار ارسال می شوند. FIB حتی اولین بسته یک جریان را کنترل می کند. شکل 2-18 این رفتار را نشان می دهد.

علاوه بر این، CEF پشتیبانی پیشرفته ای را برای مسیرهای موازی اضافه می کند و بنابراین تعادل بار را در لایه IP بهینه می کند. در اکثر سوئیچ های نسل فعلی Catalyst، مانند Catalyst 4500 و 6800، CEF از تعادل بار بر اساس آدرس IP مبدا و ترکیب آدرس IP مقصد و IP مبدا و مقصد به اضافه شماره پورت TCP/UDP پشتیبانی می کند.

طرح های متعادل کننده بار CEF به سوئیچ های لایه 3 اجازه می دهد تا از چندین مسیر برای دستیابی به اشتراک بار استفاده کنند. بسته‌ها برای یک جفت میزبان منبع-مقصد معین تضمین می‌شوند که مسیر یکسانی را طی کنند، حتی اگر چندین مسیر در دسترس باشد. این تضمین می کند که بسته ها برای یک جفت میزبان معین به ترتیب می رسند، که در برخی موارد ممکن است رفتار مطلوب با برنامه های قدیمی باشد.

علاوه بر این، تعادل بار فقط بر اساس آدرس IP مبدا و مقصد دارای چند کاستی است. از آنجا که این روش متعادل کننده بار همیشه یک مسیر را برای یک جفت میزبان معین انتخاب می کند، یک جفت منبع-مقصد پر استفاده، مانند فایروال به وب سرور، ممکن است از همه پیوندهای موجود استفاده نکند. به عبارت دیگر، رفتار این طرح متعادل کننده بار ممکن است با استفاده از تنها یک مسیر برای یک جفت میزبان معین، ترافیک را “قطبی” کند، بنابراین به طور موثر مزیت تعادل بار مسیرهای متعدد را برای آن جفت میزبان خاص نفی می کند.

بنابراین، استفاده بهینه از هر طرح متعادل کننده بار بستگی به توزیع آماری ترافیک دارد زیرا اشتراک بار IP مبدا و مقصد با افزایش تعداد جفت‌های IP مبدأ-مقصد مؤثرتر می‌شود. در محیطی که توزیع گسترده ای از ترافیک بین جفت میزبان وجود دارد، قطبی شدن کمترین نگرانی را دارد. با این حال، در محیطی که جریان داده بین تعداد کمی از جفت میزبان، درصد نامتناسبی از بسته‌های در حال عبور از شبکه را ایجاد می‌کند، قطبش می‌تواند به یک مشکل جدی تبدیل شود.

یک جایگزین محبوب که اکنون رفتار پیش‌فرض در سوئیچ‌های کاتالیست جدید است، متعادل‌سازی بار بر اساس IP مبدأ و مقصد برای شامل شماره‌های پورت TCP/UDP است. هر چه عوامل اضافی بیشتری به طرح متعادل کننده بار اضافه شود، احتمال پلاریزاسیون کمتر خواهد بود.

Cisco Catalyst از روش‌ها و ویژگی‌های اضافی برای متعادل‌سازی بار پشتیبانی می‌کند تا به وسیله آن تعادل بار را بر اساس مدل سخت‌افزاری و نسخه نرم‌افزاری تنظیم کنید. در صورت لزوم برای چنین بهینه سازی های پیکربندی با Cisco.com مشورت کنید.

جزئیات پیشروی سخت افزار

سوئیچینگ لایه 3 واقعی بسته ها در دو مکان مختلف ممکن در سوئیچ های Catalyst رخ می دهد. این مکان‌های ممکن به صورت متمرکز، مانند روی یک ماژول سرپرست، یا به صورت توزیع‌شده، که در آن جابجایی روی ماژول‌های خط جداگانه انجام می‌شود، هستند. این روش ها به ترتیب به عنوان سوئیچینگ متمرکز و سوئیچینگ توزیع شده نامیده می شوند.

Catalyst 6500 یک نمونه عالی بود که در آن گزینه ای برای متمرکز کردن همه چیز بر روی سرپرست یا قرار دادن نسخه های سخت افزاری خاص ماژول های خط در شاسی برای به دست آوردن قابلیت سوئیچینگ توزیع شده وجود داشت.

از مزایای سوئیچینگ متمرکز می توان به هزینه سخت افزاری کمتر و پیچیدگی کمتر اشاره کرد. برای مقیاس بندی و شبکه های اصلی سازمانی بزرگ، سوئیچینگ توزیع شده بهینه است. اکثر سوئیچ های کوچک فرم فاکتور از سوئیچینگ متمرکز استفاده می کنند.

در پایان، بخش‌های فرعی این فصل مربوط به روش‌های سوئیچینگ و ارسال سخت‌افزار شامل بسیاری از جزئیات خاص در مورد عملیات مسیریابی و سوئیچینگ در سوئیچ‌های سیسکو است. در میان تمام توضیحات و جزئیات طولانی، این بخش را با مفاهیم زیر به پایان برسانید:

• صفحه کنترل (CPU/پردازنده مسیر) کاتالیست سیسکو هرگز برای مسیریابی یا تغییر فریم ها طراحی نشده است. صفحه کنترل فقط برای پر کردن جداول سخت افزاری با اطلاعات مسیریابی و حفظ پروتکل های مسیریابی در نظر گرفته شده است. هواپیمای کنترل ممکن است فریم ها را در چند شرایط استثنا هدایت کند.
• سوئیچ‌های کاتالیست سیسکو متوسط تا سطح بالا بر اساس مدل توزیع‌کننده پیشرو به مقیاس مطابق با خواسته‌های دانشگاه و شبکه‌های مرکز داده طراحی شده‌اند.
• سیسکو کاتالیست اهرم CEF (سوئیچینگ مبتنی بر توپولوژی) را برای مسیریابی فریم ها به عنوان وسیله ای برای پیاده سازی یک مدل ارسال سخت افزار توزیع کننده سوئیچ می کند.
• سوئیچ‌های کاتالیست سیسکو بسته به مدل پلتفرم و پیکربندی خاص، از یک روش متمرکز یا یک روش ماژول خط توزیع شده برای ارسال سخت‌افزار استفاده می‌کنند.